基于窄线宽扫频光源的高分辨率阵列式光纤光栅温度传感系统

高精度温度传感器在地球物理、海洋科学、石油化工等领域具有广泛应用。针对传统光纤光栅温度传感器分辨率较低的问题,提出一种基于光纤光栅的高精度多点复用温度传感系统,该系统采用封装好的不同中心波长的π相移光纤光栅作为温度敏感单元,以扫频激光器和波分复用技术检测各光纤光栅谐振波长,并引入氰化氢标准气体吸收室作为波长参考,用非平衡马赫-曾德尔干涉仪补偿光源扫频过程中的非线性,以提升波长测量精度。实验实现了对10个温度传感探头的同时探测,温度分辨率达到10^-4℃水平,测量范围达到0～100℃。该光纤光栅温度传感系统在高精度温度测量领域具有广阔的应用前景。     

一种新型FBG热式液体流量传感器

光纤布拉格光栅热式流量传感器目前只适用于气体流量,为扩大其应用领域,设计了一种可用于液体流量测量的新型光纤布拉格光栅热式流量传感器。该光纤布拉格光栅热式流量传感器使用陶瓷加热片以恒定功率提供热量,不同流量的液体经过传感器时带走的热量不同,通过检测光纤布拉格光栅中心波长的变化就可以测得传感器的温度变化,进而推导出液体流量大小。通过温度传感测试实验和流量传感测试实验,验证了所设计的传感器可用于液体流量测量。实验结果表明,该传感器的流量测量范围为40.575~550.664 L/h。     

温度对光纤布喇格光栅化学传感器性能的影响

阐述了光纤Bragg光栅化学传感的基本原理,推导并利用数值计算得出了腐蚀掉包层后的光纤Bragg光栅的纤芯有效折射率随外界折射率变化的关系.分析了温度对这种传感器造成的误差.研究表明,温度会造成光纤光栅变化和改变溶液折射率的大小,从而对传感器的测量造成影响.设计了一种温度补偿方案.实验分别研究了低浓度溶液和高浓度溶液中传感头两段不同光栅区的Bragg波长随温度的变化.结果表明：在清水中,传感头两段光栅区Bragg波长受到温度变化的影响基本相同,通过测量波长的差值可消除温度的影响;高浓度溶液中,传感头受温度影响造成的总波长漂移量约为未被腐蚀光栅区的波长漂移量的0.6,与理论的结果基本一致.传感头受温度影响造成的总波长漂移量可由未被腐蚀光栅区波长漂移量的大小得出,进而可消除温度对溶液传感的影响.     

功能型液体折射率与温度双参量光纤传感教学实验

设计了光电专业光纤传感单参量测量向双参量升级的简易实验方案,采用宽带掺铒光纤放大器作为光源,光纤双锥马赫-曾德尔干涉仪结合光纤布拉格光栅作为液体折射率与温度双参量传感器,光谱仪测量特征波长变化用于待测量解调.经测试,功能型液体折射率与温度双参量光纤传感系统的折射率传感灵敏度为-34.663nm/RIU,温度传感灵敏度为10pm/℃.     

单模光纤宏弯损耗的温度响应特性

为了实现光纤宏弯温度传感,对单模光纤宏弯损耗的温度响应特性进行了理论与实验研究.理论上对单模光纤宏弯损耗理论公式进行了温度修正.基于该公式模拟了波长、弯曲半径以及温度对纤芯-无限包层结构单模光纤宏弯损耗性能的影响.设计制作了一种带吸收层和镍保护层的单模光纤宏弯温度传感探头并进行了温度传感性能实验测试.结果表明:纤芯-无限包层结构单模光纤宏弯损耗对弯曲半径、波长和温度变化较为敏感,与温度之间的响应呈线性,该探头的温度分辨率为0.4℃;通过减小弯曲半径和提高光源波长,可进一步提高其温度灵敏度和分辨率.该结构光纤可近似看作纤芯-无限包层结构光纤,用于开发光纤宏弯温度传感器.     

基于波长扫描的差分吸收光纤煤矿瓦斯传感系统设计

以1 330 nm波段的超辐射发光二极管为光源,利用可调谐光纤法珀滤波器为滤光元件,设计了一套光纤煤矿瓦斯传感系统.该系统采用了参考测量方法和差分吸收技术:一路参考光被引出用以消除光源波动的影响;扫描光纤法珀滤波器获得信号光波长和参考光波长,在实现差分吸收测量的同时,避免了不同滤光元件性能差异和中心波长漂移的影响.实验结果表明,所设计的光纤煤矿瓦斯传感系统的最低可探测甲烷浓度为0.15%.     

具有波长标定功能的多模光纤温度传感器

给出了基于宽谱光源问讯的具有波长标定功能的多模光纤温度传感器理论分析,指出光谱中凹陷所对应的特征波长位置是由多模光纤中激励起的多个传输模式再次耦合到引出单模光纤中进行干涉决定;特征波长由多模光纤的芯径、长度、纤芯和包层折射率决定.利用提出理论对光源光谱ASE的光谱范围中出现的特征波长的个数进行了分析模拟,并优化设计了只出现一个特征波长的多模光纤温度传感器,制作了三个长度分别约为4 cm,5.5 cm和10 cm的只有一个特征波长的多模光纤温度传感头,利用毛细玻璃管进行了封装, 并利用分辨率为0.01 nm的光谱分析仪进行了温度测量实验,发现温度与特征波长漂移的线性关系约为13 pm/℃.     

U型光纤传感器液体浓度测量系统的研究

为了测量液体的浓度,设计制作了一个U型光纤传感系统.在固定光源波长以及恒温的条件下,激光光源发出的光信号在U型光纤传感区域发生全反射,并且得到被测液体参数的调制,通过测量光接收端电信号的大小,可以得到被测液体的浓度.整个实验装置结构简单,主要由激光光源、U型光纤传感探头和光接收器件组成.实验以食盐溶液和蔗糖溶液为测量对...     

基于波长扫描的差分吸收光纤煤矿瓦斯传感系统设计

以1330 nm波段的超辐射发光二极管为光源,利用可调谐光纤法珀滤波器为滤光元件,设计了一套光纤煤矿瓦斯传感系统,该系统采用了参考测量方法和差分吸收技术:一路参考光被引出用以消除光源波动的影响:扫描光纤法珀滤波器获得信号光波长和参考光波长,在实现差分吸收测量的同时,避免了不同滤光元件性能差异和中心波长漂移的影响,实验结果表明,所设计的光纤煤矿瓦斯传感系统的最低可探测甲烷浓度为0.15％.     

波长扫描极值解调法实现光纤光栅应变和温度传感的测量

本文用可编程调谐光纤光栅环行腔激光器作扫描光源,采用波长扫描极值传感解调法对光纤光栅应变及温度进行了测量。应变测量范围为±2440με,灵敏度为0.016step/με;温度测量范围达608℃,灵敏度为0.13step/℃。     

基于侧边抛磨传感臂结构的光纤Mach-Zehnder温度传感特性研究

提出并设计了基于侧边抛磨传感臂结构的光纤Mach-Zehnder干涉结构,并对其温度传感特性进行了研究。通过将两支分光比为50∶50的1×2端口光纤耦合器相对熔接,构建光纤Mach-Zehnder干涉结构,采用单模光纤作为干涉结构的参考臂。基于侧面研磨技术在3m长纤芯/包层尺寸为9/125μm的单模光纤上进行抛光,抛光时长为5h,制备了研磨长度为20mm、深度为50μm的光泄露窗作为干涉结构的传感臂,提高传感器的灵敏度。采用宽带光源对Mach-Zehnder干涉结构的透射光谱进行测试,干涉周期为0.66nm。实验中对传感结构进行了温度测试及分析,选取波谷位置为1551.48nm作为测试点。在25～60℃的升温范围内干涉条纹向长波方向移动3.97nm,传感器的温度灵敏度为115.4pm/℃。不同温度下对应波谷的波长位移量与外界温度呈现良好的线性关系,线性度为0.9940,功率漂移小于1.66dB,具有较好的功率稳定性。     

长周期光纤光栅谐振波长的横向负载特性分析

在考虑波导效应、弹光效应等因素后,详细地理论分析了长周期光纤光栅(LPFG)的横向负载传感特性,包括谐振波长漂移及谐振峰分化后的双峰间距与横向负载、光偏振的关系,模拟计算了单模光纤长周期光栅的横向负载传感特性.理论分析和计算结果表明,长周期光纤光栅谐振波长随横向负载的漂移量和方向与光源的偏振方向有关,加载方向偏振光的谐...     

1.66 μm和 1.55 μm光源对长距离光纤拉曼温度传感器测量时间影响的理论对比

通过理论分析,在综合考虑长距离光纤拉曼温度传感器中各光学器件波长相关特性的基础上,比较了1.66 μm和1.55 μm光源对传感器测量时间的影响.计算结果表明,由于各光学器件在1.5 μm波段的高性能和最大允许入纤脉冲峰值功率的增加,采用1.66 μm光源的光纤拉曼温度传感器,最高可获得约1.94倍的背向反斯托克斯信号.在相同空间分辨率和温度分辨率的情况下,测量时间可以降低约3/4.     

基于双芯光纤级联布拉格光纤光栅的温度与应力解耦双测量传感系统

提出了一种基于耦合型双芯光纤级联布拉格光纤光栅的温度与应力双参数解耦测量的全光纤型传感系统。实验制备了一系列不同长度的双芯光纤滤波器,并测量分析了其自由光谱范围与双芯光纤长度的关系,结果与理论基本一致。实验发现双芯光纤及布拉格光栅对施加应力与环境温度的变化具有不同的光谱响应。利用光谱分析仪实时监测双芯光纤透射光谱波谷处波长及光纤光栅透射谱的波长漂移量,方便地实现了温度与应力的解耦双测量。多次测试发现该传感器对应力与温度响应特性具有良好的重复性,波长误差低于实验所用光谱仪分辨率。对于0.01 nm波长分辨率的光谱仪,提出的全光纤型传感器可以分别实现4.3048με及0.4562℃的应力与温度传感测量分辨率。     

高精度准分布式光纤光栅地震检波解调系统的研究

提出了一种利用光纤超荧光光源的线性边带做边缘滤波器进行多点多参量实时测量的地震波信号解调系统.由于光源波长检测灵敏度对解调系统的灵敏度起决定作用,故对光源进行了优化设计,使得光源所用的线性段斜率得到了大幅度提高.所设计的解调系统以光源在吸收峰1530 nm 处的两段斜边将系统分为两个部分,各部分对应4个通道.通过对其中两个通道进行地震检波模拟测量,传感解调系统的两部分静态波长灵敏度分别为887.5 mV/nm和-971.7 mV/nm,应变分辨力分别达到了0.95με和0.86με关键词： 光纤光学 地震检波解调 边沿滤波器 光纤光源     

用光纤光栅传感器研究压电陶瓷的特性

提出了一种利用光纤光栅传感器研究压电陶瓷特性的新方法.该方法采用非平衡Michelson扫描干涉仪对光纤光栅传感信号进行相位解调,通过观测波长漂移引起的相移,从而获得压电陶瓷的位移量与所加电压间的关系.实验分析了迟滞特性和蠕变现象,得到了压电陶瓷的电压-位移特性曲线以及蠕变特性曲线.实验表明,光源功率的波动对压电陶瓷迟...     

基于信号自相关原理的光纤光栅数字解调方法

为满足工程测试领域对光纤光栅波长漂移高分辨探测技术的需要,提出一种基于信号自相关原理的新型光纤光栅数字解调技术.该技术在可调谐滤波法的基础上,通过对信号序列采用自相关分析以实现对波长漂移的测量以及对传感光栅反射谱形状的识别,能够有效克服噪音对信号的影响.仿真结果表明：光纤光栅自相关数字解调方法可以准确测量光纤光栅波长的漂移,适用于传感光栅具有相同波长的变化范围.     

陶瓷封装对光纤光栅体温测量探头效果的影响

利用陶瓷封装技术,设计并制作了多只光纤光栅温度传感头,测试了探头的测试灵敏度、稳定性、重复性、响应速度等多个参数受封装加工形式的影响。实验采用恒温水浴装置,在36℃~45℃的温度范围内使用了中心波长位于1 540 nm和1 550 nm附近的多只布拉格光纤光栅进行了对比测量。实验结果表明:陶瓷封装布拉格光纤光栅的波长/温度响应度为9.815 pm/℃,测量标准偏差为0.08 ℃。     

一种单模-多模-单模结构的干涉型光纤温度传感器

SMS光纤结构是一种近年来新兴的光纤器件,该结构光纤具有结构简单、易于实现、成本低廉、灵敏度高和无温度应力交叉敏感等特性.在光纤传感技术领域是一种继光纤光栅之后的具有广泛发展前景的光纤器件.从理论上分析了SMS结构和SMS级联结构的光纤传感原理,并从实验上研究了SMS结构和级联SMS结构的温度传感特性.实验表明:对于SMS结构光纤传感器,随着温度的增加,特征波长移动量逐渐增加,向长波方向漂移了4.05 nm,其传感器的温度灵敏度为15.76 pm/℃;对于级联SMS结构的光纤传感器,级联后不改变原来SMS结构的中心波长的位置,两个SMS结构仍然是独立的,不相互影响.所以说将两个SMS结构串联是可行的,可以用于温度和应力的同时测量,也可以用于分布式光纤传感器.     

1.66μm和1.55μm光源对长距离光纤拉曼温度传感器测量时间影响的理论对比

通过理论分析,在综合考虑长距离光纤拉曼温度传感器中各光学器件波长相关特性的基础上,比较了1.66 μm和1.55 μm光源对传感器测量时间的影响.计算结果表明,由于各光学器件在1.5 μm波段的高性能和最大允许入纤脉冲峰值功率的增加,采用1.66μm光源的光纤拉曼温度传感器,最高可获得约1.94倍的背向反斯托克斯信号.在相同空间分辨率和温度分辨率的情况下,测量时间可以降低约3/4.